“数据结构:第3章栈和队列C.ppt”
在计算机科学中,数据结构是组织和管理数据的重要工具,它们影响着算法的效率和编程的复杂性。本资料主要讲解了两种基本的数据结构——栈和队列。
**栈(Stack)**
栈是一种后进先出(LIFO)的数据结构,这意味着最后进入的元素会首先被取出。栈的主要操作包括压栈(Push,向栈顶添加元素)和弹栈(Pop,移除并返回栈顶元素)。栈在程序设计中有多种应用,如表达式求值、递归调用中的函数调用栈、内存管理等。
**1. 定义**
栈是一个限制在一端进行插入和删除操作的线性表,这一端被称为栈顶。
**2. 逻辑结构**
栈的逻辑结构表现为一个线性序列,只允许在栈顶进行插入和删除操作。
**3. 存储结构**
栈可以采用顺序存储结构(数组实现)或链式存储结构(链表实现)。
**4. 运算规则**
- 入栈(Push):将元素添加到栈顶。
- 出栈(Pop):移除并返回栈顶元素。
- 查看栈顶元素(Peek或Top):查看栈顶元素但不移除。
- 判断栈空/栈满:检查栈是否为空或已达到其容量上限。
**5. 实现方式**
- 顺序栈:利用数组,通过索引访问栈顶元素,当栈满时需考虑扩容。
- 链栈:利用链表,通过指针操作实现栈顶元素的插入和删除。
**队列(Queue)**
队列是一种先进先出(FIFO)的数据结构,即最先插入的元素最先被删除。
**1. 定义**
队列是只允许在表尾(后端,又称队尾)进行插入操作,在表头(前端,又称队首)进行删除操作的线性表。
**2. 逻辑结构**
队列的逻辑结构同样是一对一的线性关系,但强调了访问顺序。
**3. 存储结构**
队列可以是顺序队(数组实现)或链队(链表实现),循环队列是常见的优化形式,避免了数组长度限制带来的问题。
**4. 运算规则**
- 入队(Enqueue):在队尾添加元素。
- 出队(Dequeue):移除并返回队首元素。
- 判队空/队满:检查队列是否为空或已达到其容量上限。
**5. 实现方式**
- 顺序队:使用数组,通过数组下标管理队首和队尾。
- 链队:使用链表,通过指针链接元素,方便插入和删除操作。
**队列的应用**
队列在计算机系统中有广泛应用,如:
1. 离散事件模拟:模拟事件发生的先后顺序,如CPU中的指令队列。
2. 操作系统作业调度:多任务环境下,CPU的资源分配。
3. 缓冲区管理:在网络传输、I/O操作中,用于临时存储数据。
了解栈和队列的基本概念、逻辑结构、存储结构、运算规则以及实现方式,对于理解和设计高效的算法至关重要。通过实践题目,如严蔚敏教材配套习题,可以加深对这些概念的理解和运用。在实际编程中,应关注错误处理和输入验证,以提高程序的健壮性和用户体验。